CN101789764A - 一种射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器，包括在导热壳体中设置的模拟电路单元和数字控制电路板，所述数字控制电路板包括第一和第二波段开关；所述射频功率放大器具体包括与发射输入端依次连接的小功率前级放大器、大功率后级放大器、所述第一波段开关、低通滤波器、所述第二波段开关、定向耦合器、自检开关，所述自检开关通过收发开关一路连接至发射天线，另一路连接带通滤波器和信号接收端。产品具有集成度高，效率高，信号非线性失真小的优点。

Description

一种射频功率放大器

技术领域

本发明涉及电子通信领域，尤其涉及一种射频功率放大器。

背景技术

现有的射频功率放大器用于发射机的末级，其作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。射频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带射频功率放大器和宽带射频功率放大器两种，窄带射频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带射频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。目前的射频功率放大器设计不足之处在于体积大、效率低，信号非线性失真大。

发明内容

本发明实施例提供了一种射频功率放大器，产品集成度高，效率高，信号非线性失真小。

本发明实施例提供了一种射频功率放大器，包括在导热壳体中设置的模拟电路单元和数字控制电路板，所述数字控制电路板包括第一和第二波段开关；

所述射频功率放大器具体包括与发射输入端依次连接的小功率前级放大器、大功率后级放大器、所述第一波段开关、低通滤波器、所述第二波段开关、定向耦合器、自检开关，所述自检开关通过收发开关一路连接至发射天线，另一路连接带通滤波器和信号接收端。

进一步，所述射频功率放大器还包括与所述小功率前级放大器、大功率后级放大器分别连接的温度补偿电路和增益控制电路ALC。所述射频功率放大器还设置有串行通信的EEPROM，预留给客户用来存放一些表格文件。

进一步，所述射频功率放大器当负载开路或者短路时，射频信号反射，通过所述定向耦合器控制，其反向输出端功率变大，检测直流电压随之变大，控制小功率前级放大器和大功率后级放大器的工作电压，保护了功放电路。

进一步，所述低通滤波器分为高频段低通滤波器和低频段低通滤波器，分别连接在所述第一和第二波段开关之间，受其控制工作；当第一和第二波段开关为低电平时，低频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线；当第一和第二波段开关为高电平时，高频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线。

进一步，所述低通滤波器采用椭圆函数滤波器，其中所述高频段低通滤波器为380-512MHz，所述低频段低通滤波器为225-380MHz。

进一步，所述低通滤波器中的开关发热二级管的负极端，连接有一个用于散热的接地陶瓷电容。

进一步，所述小功率前级放大器和大功率后级放大器为宽频带高频功率放大器，都采用传输线宽频带变压器结构。

更进一步，所述第一、第二波段开关和收发开关为大功率PIN二极管开关。

再进一步，所述模拟电路单元和数字控制电路板分别设置在导热壳体的不同腔体中，防止电磁干扰。所述导热壳体为金属导热壳体，可以为铝合金、不锈钢等材料制成。

本发明的一种射频功率放大器，是采用模块化组件结构，集成度高，所述模拟电路单元和数字控制电路板分别设置在导热金属壳体的不同腔体中，其壳体表面镀有一层银，这样能更好散热和防止电磁干扰。

所述射频功率放大器采用功率逐次放大原理，信号通过所述小功率前级放大器、大功率后级放大器处理后，再通过第一和第二波段控制的椭圆函数低通滤波器滤波，即高频段低通滤波器和低频段低通滤波器，相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。高频、低频两段滤波器的插损能达到≤0.5dB，抑制≥50dB，能很好的满足功放指标的要求。结合大功率PIN二极管开关、定向耦合器控制，使整个所述射频功率放大器具有效率高，频带宽、插损小、信号非线性失真小等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的射频功率放大器的电路示意方框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种射频功率放大器，在导热壳体中设置有模拟电路单元和数字控制电路板，所述数字控制电路板包括第一和第二波段开关，可采用大功率PIN二极管开关；

所述射频功率放大器具体包括与发射输入端依次连接的10W小功率前级放大器、100W大功率后级放大器、所述第一波段开关、低通滤波器(包括380-512MHz高频段低通滤波器和225-380MHz低频段低通滤波器)、所述第二波段开关、定向耦合器、自检开关，所述自检开关通过收发开关一路连接至发射天线，另一路连接带通滤波器和信号接收端。

具体的，225-512MHz宽带的10瓦小功率前级放大器用于推动后级100W大功率后级放大器。2只100W单刀双掷的第一、第二波段开关，是用来控制两段低通滤波器的开关。两段低通滤波器，即380-512MHz高频段低通滤波器和225-380MHz低频段低通滤波器，用来滤除功率放大器产生的非线性谐波。所述低通滤波器功率为100W，为了解决散热问题，所述低通滤波器中的开关发热二级管的负极端，额外连接有一个用于散热的接地陶瓷电容，比如在每个开关发热二级管的负极端通过一个0.1PF的陶瓷电容接地，这样对整个电路信号的影响很小，可通过调整其它元件参数来弥补其影响。

所述射频功率放大器中100W的所述自检开关，用来检测功放是否工作正常。而100W的所述定向耦合器用于功放的功率检测以及自我保护功能。接收通路有一个225-512MHz的所述带通滤波器，用于接收工作时滤除不需要的带外信号。

所述低通滤波器分为高频段低通滤波器和低频段低通滤波器，分别连接在所述第一和第二波段开关之间，受其控制工作；当第一和第二波段开关为低电平时，低频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线；当第一和第二波段开关为高电平时，高频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线。

所述射频功率放大器当负载开路或者短路时，射频信号反射，通过所述定向耦合器控制，其反向输出端功率变大，检测直流电压随之变大，控制小功率前级放大器和大功率后级放大器的工作电压，保护了功放电路。

最常见的宽频带高频功率放大器是利用宽频带变压器做输入、输出或级间耦合电路并实现阻抗匹配。宽频带变压器有两种形式。一种是利用普通变压器原理，只是采用高频磁芯来扩展频带，它可以工作在短波波段。另一种是利用传输线原理与变压器原理二者结合的所谓传输线变压器，其频带可以做得很宽。本实施例中的功率放大器就是基于第二种原理，为宽频带高频功率放大器，工作频率都在225-512MHz，应用传输线宽频带变压器进行阻抗匹配，并采用排线和半钢线的连接方式，使整块电路元件紧凑，体积缩小。

所述低通滤波器设计采用的是椭圆函数滤波器，椭圆滤波器是在通带和阻带等波纹的一种滤波器。椭圆滤波器相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。它在通带和阻带的波动是相同的，这一点区别于在通带和阻带都平坦的巴特沃斯滤波器，以及通带平坦、阻带等波纹或是阻带平坦、通带等波纹的切比雪夫滤波器进一步。高频段和低频段的所述低通滤波器插损能达到≤0.5dB，抑制≥50dB，能很好的满足功放指标的要求。

所述第一、第二波段开关和收发开关为大功率PIN二极管开关，在外接偏置电压的情况下，能很好的控制射频信号的通断，而且插损≤0.4dB。定向耦合器是根据实际用途需要制作的一种，频带宽，插损小的特点，能很好的起到功率检测和驻波检测的功能。

所述模拟电路单元和数字控制电路板分别设置在导热金属壳体的不同腔体中，其壳体内壁表面镀有一层银，减小壳体内壁因趋肤效应产生的电阻，同时增加了腔体Q值，还能更好散热和防止电磁干扰。本发明实施例可采用低通滤波器消除线性失真，二次及三次谐波分量比载波小60dB，四次及四次以上的谐波分量比载波小70dB。三阶互调抑制≥30dBc，增益≥42dB，输入驻波比≤3∶1，输出驻波比≤1.5∶1。

作为进一步的改进方式，所述射频功率放大器还包括与所述小功率前级放大器、大功率后级放大器连接的温度补偿电路和增益控制电路ALC。增益控制电路ALC可通过Valc引脚接入。ALC又称自动电平控制，是针对由于器件本身变化，环境引起工作点变化等，在电路中加入的稳定电平的电路。在一定范围内，ALC电路自动纠正偏移的电平回到要求的数值。例如功率ALC电路，要求输出一定功率，由于器件由冷变热导致放大倍数变化，功率偏离要求，ALC电路自动感知这个变化，调整回路的参数，使得功率维持正常数值。温度补偿电路同ALC电路具有同样的作用，温度补偿电路包括图中温度检测模块。功率放大器的主要器件是功率放大管，本实施例的功放采用场效应管，功放工作一段时间后，由于器件由冷变热导致放大倍数变化，温度补偿电路自动感知温度变化，改变场效应管的偏置电压，从而维持正常的功率输出值。

所述射频功率放大器还设置有串行通信的EEPROM，预留给客户用来存放一些表格文件。

本发明的所述射频功率放大器采用功率逐次放大原理，信号通过所述小功率前级放大器、大功率后级放大器处理后，再通过第一和第二波段控制的椭圆函数低通滤波器滤波，即高频段低通滤波器和低频段低通滤波器，相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。高频、低频两段滤波器的插损能达到≤0.5dB，抑制≥50dB，能很好的满足功放指标的要求。结合大功率PIN二极管开关、定向耦合器控制，使整个所述射频功率放大器具有效率高，频带宽、插损小、信号非线性失真小等优点。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，包括在导热壳体中设置的模拟电路单元和数字控制电路板，所述数字控制电路板包括第一和第二波段开关；

所述射频功率放大器具体包括与发射输入端依次连接的小功率前级放大器、大功率后级放大器、所述第一波段开关、低通滤波器、所述第二波段开关、定向耦合器、自检开关，所述自检开关通过收发开关一路连接至发射天线，另一路连接带通滤波器和信号接收端。

2.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括与所述小功率前级放大器、大功率后级放大器分别连接的温度补偿电路和增益控制电路ALC，所述射频功率放大器还设置有串行通信的EEPROM。

3.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器当负载开路或者短路时，射频信号反射，通过所述定向耦合器控制，其反向输出端功率变大，检测直流电压随之变大，控制小功率前级放大器和大功率后级放大器的工作电压，保护功放电路。

4.根据权利要求1至3任意一项所述射频功率放大器，其特征在于，所述低通滤波器分为高频段低通滤波器和低频段低通滤波器，分别连接在所述第一和第二波段开关之间，受其控制工作；

当第一和第二波段开关为低电平时，低频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线；当第一和第二波段开关为高电平时，高频段低通滤波器工作，发射输入端的射频信号通过低频段低通滤波器，最后输出到发射天线。

5.根据权利要求4所述射频功率放大器，其特征在于，所述低通滤波器采用椭圆函数滤波器，其中所述高频段低通滤波器为380-512MHz，所述低频段低通滤波器为225-380MHz。

6.根据权利要求5所述射频功率放大器，其特征在于，所述低通滤波器中的开关发热二级管的负极端，连接有一个用于散热的接地陶瓷电容。

7.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述小功率前级放大器和大功率后级放大器为宽频带高频功率放大器，都采用传输线宽频带变压器结构。

8.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述第一、第二波段开关和收发开关为大功率PIN二极管开关。

9.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述导热壳体为金属导热壳体，其内壁表面镀有一层银。

10.根据权利要求1所述射频功率放大器，其特征在于，所述模拟电路单元和数字控制电路板分别设置在导热壳体的不同腔体中，防止电磁干扰。

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